JPS60211752A - Ion beam generation device - Google Patents

Ion beam generation device

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JPS60211752A
JPS60211752A JP59066901A JP6690184A JPS60211752A JP S60211752 A JPS60211752 A JP S60211752A JP 59066901 A JP59066901 A JP 59066901A JP 6690184 A JP6690184 A JP 6690184A JP S60211752 A JPS60211752 A JP S60211752A
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ion beam
laser
laser beam
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Yoshihiro Ueda
植田 至宏
Koichi Ono
高一 斧
Tatsuo Omori
達夫 大森
Shigeto Fujita
重人 藤田
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J27/00Ion beam tubes
    • H01J27/02Ion sources; Ion guns
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/04Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement or ion-optical arrangement
    • H01J37/08Ion sources; Ion guns

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Abstract

PURPOSE:To greatly improve the ionizing efficiency and the ion selectivity by a method, in which a material to be ionized is excited by gas discharge in a relatively low excitation state while being optically excited in resonance to the Rydberg state by the irradiation of a laser beam and further brought into an ionized state by collision of electrons due to gas discharge. CONSTITUTION:Beryllium vapor 10 is introduced into a container 1 from a gas introduction hole 1a. The voltage is impressed on the electrodes 5 and 6 synchronizing with laser oscillation. The electrons collide with beryllium vapor 10 due to gas discharge for exciting the beryllium vapor 10 into a quasi-stable state. The laser beams B4 and B6 are introduced through a window 3a, while the laser beam B5 is introduced through the window 3b for being resonantly excited stepwise into the Rydberg state and finally ionizing the excited vapor by the collision of electrons due to gas discharge. The direct current voltage is impressed between the electrodes 6 and the sample stand 8a, while the ion beam 9 is radiated on the sample 8.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、半導体加工装置をはじめ材料改質。[Detailed description of the invention] [Technical field of invention] The present invention is applicable to material modification including semiconductor processing equipment.

材料合成等に使われるイオンビーム発生装置に関するも
のである。
This relates to ion beam generators used for materials synthesis, etc.

〔従来技術〕[Prior art]

従来、イオンビーム発生装置によるイオン発生方法とし
ては、種々の手法が考えられ実用化されて来た。その大
部分は放電を利用したものであったが、近年レーザ光を
使ったイオン源が考え出されて来ている。このレーザ光
等の光を使った方式には2つあり、1つはレーザ光を金
属等の固体に照射してそのプラズマをイオン源として使
ったり、レーザ光を集光して気体、液体に照射してプラ
ズマを作り、これをイオン源としたりするものであり、
他の1つは波長の可変な光源を使い、レーザ光等の単一
波長を対象とするイオン化されるべき物質のエネルギ準
位に共鳴させて該物質をイオン化させるものであり、本
発明は後者に関するものである。
Conventionally, various methods have been considered and put into practical use as ion generation methods using ion beam generators. Most of them used electric discharge, but in recent years ion sources using laser light have been devised. There are two methods that use light such as laser light. One is to irradiate a solid such as a metal with laser light and use the resulting plasma as an ion source, or to focus the laser light and convert it into gas or liquid. irradiation to create plasma, which is used as an ion source.
The other method uses a variable wavelength light source to ionize a substance by resonating a single wavelength such as a laser beam with the energy level of the substance to be ionized. It is related to.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、上記共鳴光励起、イオン化方式のイオンビー
ム発生装置において、イオン化させる物質の共鳴光励起
にてイオン化させる直前の状態として、該物質のシュタ
ルク効果によりイオン化できるリュードベルグ状態(R
ydberg 1evel )を使うことにより、従来
の共鳴光励起、イオン化方式に比べ入力光エネルギに対
するイオン化効率を数桁以上向上でき、かつ選択イオン
化における選択性に優れたイオンビーム発生装置を提供
することを目的としている。
The present invention provides an ion beam generator using resonant light excitation and ionization as described above, in which the substance to be ionized is set in the Rydberg state (R
The purpose of this project is to provide an ion beam generator that can improve the ionization efficiency for input light energy by several orders of magnitude compared to conventional resonant optical excitation and ionization methods, and has excellent selectivity in selective ionization. There is.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

まず本発明装置におけるイオン化方法をベリリウムイオ
ンビームを発生する場合を例にとって従来の方法と比較
しつつ説明する。第1図はベリリウム中性原子のエネル
ギ準位図である。
First, the ionization method in the apparatus of the present invention will be explained by comparing it with a conventional method using an example in which a beryllium ion beam is generated. FIG. 1 is an energy level diagram of beryllium neutral atoms.

従来のイオン化方法は、例えば波長が2349人。In the conventional ionization method, for example, the wavelength is 2349.

4573人及び5000人の3本のレーザビームB1.
B2、B3をイオン化させたいベリリウム蒸気に照射す
る方法であり、即ち基底状態2s(13)にあるヘリリ
ウム原子をまず2349人のレーザビームBlにより第
1励起状態2p(’PO)に共鳴励起し、その後457
3人のレーザビームB2によりエネルギ準位3d(ID
)に共鳴励起し、さらに5000人のレーザビ一ムB3
でイオン化させるものである。
Three laser beams B1 for 4573 people and 5000 people.
This is a method of irradiating beryllium vapor to be ionized with B2 and B3. In other words, the helium atoms in the ground state 2s (13) are first resonantly excited to the first excited state 2p ('PO) by the 2349 laser beam Bl. then 457
Energy level 3d (ID
), and further 5000 laser beam B3
It ionizes it.

・ 本発明装置におけるイオン化方法が上記従来のイオ
ン化方法と異なる点は、ベリリウム蒸気をガス放電によ
り準安定状態2p(3PO)が支配的な状態にする点と
、レーザビーム、第1図の例では波長3321人、 1
.46μ、 6449人の3本のレーザビームB4〜B
6、により上記励起蒸気をこの励起状態からりュードベ
ルグ状態にする点と、さらに従来のイオン化方法のよう
にベリリウム蒸気をレーザビーム、第1図の例ではB3
、により自由電子状態、即ちイオン状態にするのではな
く、ガス放電により上記励起状態からイオン状態にする
点にある。
- The ionization method in the device of the present invention differs from the conventional ionization method described above in that the beryllium vapor is brought into a state in which the metastable state 2p (3PO) is predominant by gas discharge, and the laser beam, in the example of FIG. Wavelength 3321 people, 1
.. 46μ, 3 laser beams B4-B of 6449 people
6, the excited vapor is changed from the excited state to the Rydberg state, and furthermore, as in the conventional ionization method, the beryllium vapor is irradiated with a laser beam, B3 in the example of FIG.
The point is that the excited state is changed from the excited state to the ionic state by gas discharge, rather than being brought into a free electronic state, that is, an ionic state.

この発明装置におけるイオン化方法の場合、従来のイオ
ン化方法が波長5000人のレーザビームB3によりベ
リリウム蒸気をエネルギ準位3d(ID)から直接イオ
ン化させるのに比べ、イオン化させる衝突断面積が数桁
以上高い。従ってレーザビームの出力エネルギが小さく
てすみ、また基底状態からではなく準安定状態からの励
起であるので光子の波長は短かくてすみ、しかも完全に
共鳴のみを使うためレーザビームのエネルギ準位、波長
を不純物原子のそれらと一致しないように選択すればイ
オン化させたい物質のみをイオン化でき、しかも純度の
高いものができる。
In the case of the ionization method in this inventive device, the collision cross section for ionization is several orders of magnitude higher than in the conventional ionization method, in which beryllium vapor is directly ionized from the energy level 3d (ID) using a laser beam B3 with a wavelength of 5000. . Therefore, the output energy of the laser beam is small, and since the excitation is from a metastable state rather than the ground state, the wavelength of the photon is short, and since only resonance is used, the energy level of the laser beam By selecting wavelengths that do not match those of impurity atoms, it is possible to ionize only the substance to be ionized, and moreover, it is possible to ionize the substance with high purity.

また上記レーザビームの波長を変えることにより、容易
に他種の物質のイオンビームを発生することができ、こ
の場合イオン化される多種の物質を前もってイオンビー
ム発生容器内に導入しておいても良い。このように発生
するイオンビームの種類を容易に変えることができる本
発明の手法は従来の方法にないものであり、イオンビー
ムで処理する2つ以上の行程を連続して行なうことがで
きる利点がある。
Furthermore, by changing the wavelength of the laser beam, ion beams of other types of substances can be easily generated, and in this case, various types of substances to be ionized may be introduced into the ion beam generation container in advance. . The method of the present invention, which allows the type of ion beam generated to be easily changed, is different from conventional methods, and has the advantage of being able to perform two or more processing steps using an ion beam in succession. be.

次にこの発明の実施例を図について説明する。Next, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.

第2図は本発明の第1の実施例を示す。図において、1
はイオン化されるべき物質が導入される容器、1aは上
記物質を該容器1内に導入するためのガス導入孔、1b
はガス排出孔、3a又は3bは各々図示しないレーザビ
ーム発生部からのレーザビームB4.B6又はB5を上
記容器1内に導入する窓であり、該容器l内のレーザビ
ーム84〜B6が交差する空間はイオン生成空間4とな
っている。なお上記レーザビーム発生部としては、波長
可変レーザ又は自由電子レーザ等のレーザが用いられる
FIG. 2 shows a first embodiment of the invention. In the figure, 1
1a is a container into which the substance to be ionized is introduced; 1a is a gas introduction hole for introducing the substance into the container 1; 1b is a gas introduction hole for introducing the substance into the container 1;
3a or 3b is a gas exhaust hole, and 3a or 3b is a laser beam B4. This is a window through which B6 or B5 is introduced into the container 1, and the space in the container 1 where the laser beams 84 to B6 intersect is the ion generation space 4. Note that as the laser beam generating section, a laser such as a wavelength tunable laser or a free electron laser is used.

5.6は上記イオン生成空間4を挟んで配置された電極
、5a、5aは上記電極5.6に電圧を印加する端子で
あり、これらは上記イオン生成空間4にガス放電を生ぜ
しめるガス放電発生部15を構成している。、8は試料
、8aは該試料8を保持する試料台であり、該試料台8
aと上記電極6との間には直流電圧が印加され、これに
よりイオン化された物質をイオンビームとして引き出す
ための引き出し電界が発生される。
Reference numerals 5.6 and 5.6 are electrodes arranged across the ion generation space 4; 5a and 5a are terminals for applying voltage to the electrodes 5.6; It constitutes the generating section 15. , 8 is a sample, 8a is a sample stand that holds the sample 8, and the sample stand 8
A DC voltage is applied between a and the electrode 6, thereby generating an extraction electric field for extracting the ionized substance as an ion beam.

次に動作について説明する。Next, the operation will be explained.

本実施例装置により、ベリリウムのイオンビームを発生
する場合を考える。まず容器1にガス導入孔1aよりベ
リリウム蒸気10を導入する。そして上記レーザビーム
発生部が発振し、また該レーザ発振と時間的に同期して
電極5と電極6の各々に端子5a、6aから電圧が印加
される。するとこれにより、上記基底状態2s(’S)
にあるベリリウム蒸気10にガス放電による電子が衝突
し、その結果該ベリリウム蒸気10は準安定状態2p(
3PO)に励起される。また上記レーザの発1辰により
3321人、 6449人のレーザビームB4゜B6が
窓3aを介して容器1内に導入され、また1、46μの
レーザビームB6が窓3bを介して同様に導入され、各
ビームB4〜B6が容器1内のイオン生成空間4におい
て交差し、これにより上記ベリリウム蒸気10は332
1人のレーザビームB4により準安定状態2p(3PO
)から励起状態3s(33)に共鳴励起され、さらに1
.46μのレーザビームB5により上記励起状態3g(
33)から励起状態3p(3PO)に励起され、さらに
6449人のレーザビームB6によりリュードベルり状
態12d (3D)に階段状に共鳴励起され、最後に該
励起蒸気は上記ガス放電による電子の衝突によりイオン
化される。また上記電極6と試料台8aとの間には直流
電圧が印加されており、これにより上記イオン化された
ベリリウム蒸気1oはベリリウムのイオンのみからなる
イオンビーム9として引き出され、該イオンビーム9は
上記試料8に照射される。
Let us consider the case where a beryllium ion beam is generated by the apparatus of this embodiment. First, beryllium vapor 10 is introduced into the container 1 through the gas introduction hole 1a. Then, the laser beam generating section oscillates, and a voltage is applied to each of the electrodes 5 and 6 from the terminals 5a and 6a in temporal synchronization with the laser oscillation. Then, due to this, the above ground state 2s('S)
Electrons from the gas discharge collide with the beryllium vapor 10 located at
3PO). Furthermore, laser beams B4 and B6 of 3,321 and 6,449 people were introduced into the container 1 through the window 3a, and a laser beam B6 of 1,46μ was similarly introduced through the window 3b. , each of the beams B4 to B6 intersect in the ion production space 4 in the vessel 1, so that the beryllium vapor 10 is 332
The metastable state 2p (3PO
) to the excited state 3s (33), and further 1
.. The above excited state 3g (
33) to the excited state 3p (3PO), and is further resonantly excited stepwise to the Rydberg state 12d (3D) by the 6449 laser beam B6, and finally the excited vapor is excited by the collision of electrons due to the gas discharge. Ionized. Further, a DC voltage is applied between the electrode 6 and the sample stage 8a, whereby the ionized beryllium vapor 1o is extracted as an ion beam 9 consisting only of beryllium ions. The sample 8 is irradiated.

以上の動作説明における本実施例の特徴を示すと、まず
第1に本実施例は完全に共鳴のみを用いて選択イオン化
を行なうものであるので、上記容B1内にイオン化させ
るべき物質、この場合ベリリウム、以外の不純物、酸素
、窒素、炭素、水素等が含まれていて、しかもその量が
ベリリウムより多くても、レーザビームのエネルギ準位
、波長を上記不純物等のそれらと一致さすないようにし
て希望の元素、この場合はベリリウム、のみ、がイオン
化された純粋なベリリウムイオンビームが得られる。
The characteristics of this embodiment in the above operation description are as follows: First of all, since this embodiment performs selective ionization completely using only resonance, the substance to be ionized in the volume B1, in this case, Even if it contains impurities other than beryllium, such as oxygen, nitrogen, carbon, hydrogen, etc., and the amount thereof is greater than beryllium, the energy level and wavelength of the laser beam should not match those of the above impurities, etc. The result is a pure beryllium ion beam in which only the desired element, in this case beryllium, is ionized.

第2に本実施例は上述のとおり、選択イオン化を行なう
ものであり、かつ共鳴光励起によるイオン化を行なうも
のであるので、電子や他の元素が励起されたり、エネル
ギ吸収により温度上昇したりすることはなく、その結果
イオンビームを照射する対象試料8、例えば半導体の場
合は基板、の温度を上昇させることはなく、低温処理が
できる。
Second, as mentioned above, this embodiment performs selective ionization and ionization by resonant optical excitation, so there is no possibility that electrons or other elements will be excited or that the temperature will rise due to energy absorption. As a result, low-temperature processing can be performed without increasing the temperature of the target sample 8 to be irradiated with the ion beam, such as a substrate in the case of a semiconductor.

第3にイオンビームの種類や特性を変える場合はレーザ
ビームの波長を変えれば良く、従来のような試料を取り
出したり、イオン源部を交換するために容器を開閉した
りする必要はなく、従って、イオン注入とアニーリング
等の連続動作が容易にできる。
Third, if you want to change the type or characteristics of the ion beam, you can simply change the wavelength of the laser beam, and there is no need to take out the sample or open and close the container to replace the ion source, as in the past. , continuous operations such as ion implantation and annealing can be easily performed.

第3図は本発明の第2の実施例を示す。図において、第
2図と同一符号は同−又は相当部分を示し、13はイオ
ン化させるべき物質12を収容するオーブン、13aは
上記オーブン13の外周に設けられたヒータ、11はイ
オン化されたベリリウム蒸気10を容器1の軸心に集束
せしめるマグネット、14は上記集束されたベリリウム
蒸気10をイオンビーム9として引き出す引き出し電極
である。
FIG. 3 shows a second embodiment of the invention. In the figure, the same reference numerals as in FIG. 2 indicate the same or equivalent parts, 13 is an oven containing the substance 12 to be ionized, 13a is a heater provided on the outer periphery of the oven 13, and 11 is ionized beryllium vapor. 10 is a magnet that focuses the ion beam on the axis of the container 1, and 14 is an extraction electrode that extracts the focused beryllium vapor 10 as an ion beam 9.

次に動作について説明する。Next, the operation will be explained.

オーブン13内にイオン化させる物質であるベリリウム
12を入れ、ヒータ13aによりオーブン13を加熱す
ると上記ベリリウム12が溶融。
When beryllium 12, which is a substance to be ionized, is placed in the oven 13 and the oven 13 is heated by the heater 13a, the beryllium 12 is melted.

気化してベリリウム蒸気lOが発生し、該蒸気lOはガ
ス導入孔1aを通って容器1内に導入される。そして電
極5,6に電圧が印加されて上記蒸気10にガス放電に
よる電子が衝突し、また同時に3321人、 6449
人のレーザビームB4.B6が窓3aを介して、また1
、46μのレーザビームB5が窓3bを介して上記容器
l内に導入されて上記蒸気lOに照射される6するとこ
れにより蒸気10は基底状態2s(’S)から励起状態
2p(3P’)。
The beryllium vapor 1O is vaporized and is introduced into the container 1 through the gas introduction hole 1a. Then, a voltage is applied to the electrodes 5 and 6, and electrons due to gas discharge collide with the vapor 10, and at the same time, 3321 people and 6449 people
Human laser beam B4. B6 passes through the window 3a, and 1
, 46μ laser beam B5 is introduced into the vessel l through the window 3b and irradiates the vapor lO, thereby causing the vapor 10 to change from the ground state 2s ('S) to the excited state 2p (3P').

3s (3S)、3p (3PO)を経てリュードベル
グ状態12d(3D)に階段状に励起され、さらに該リ
ュードペルグ状態12d(3D)にあるベリリウム蒸気
10の電子が自由電子となり、これによりイオン生成空
間4にベリリウムイオンが生成され、該ベリリウムイオ
ンはマグネ7)11により軸心に集束された後、引き出
し電極14によってイオンビーム9として放出される。
The electrons of the beryllium vapor 10 in the Rydberg state 12d (3D) are excited in a stepwise manner through 3s (3S) and 3p (3PO), and the electrons in the beryllium vapor 10 in the Rydberg state 12d (3D) become free electrons, thereby creating an ion generation space. Beryllium ions are generated at 4, and after being focused to the axis by the magnet 7) 11, they are emitted as an ion beam 9 by the extraction electrode 14.

第4図は本発明の第3の実施例によるイオンビーム発生
装置におけるレーザ発振装置の構成例である。
FIG. 4 shows an example of the configuration of a laser oscillation device in an ion beam generator according to a third embodiment of the present invention.

本発明におけるイオン生成のためのレーザビームとガス
放電とは時間的に同期される必要があり、また階段状に
元素を励起させるためには複数の各々特定周波数のレー
ザビームが必要であり、該複数のレーザビームももちろ
ん同期させる必要がある訳であるが、第4図はその同期
方法の一例を示すものである。
In the present invention, the laser beam and gas discharge for ion generation need to be synchronized in time, and in order to excite the elements in a stepwise manner, a plurality of laser beams each having a specific frequency are required. Of course, it is necessary to synchronize a plurality of laser beams, and FIG. 4 shows an example of a synchronization method.

本レーザ発振装置20は、3台の波長可変のダイレーザ
22,23.24と、該各ダイレーザ22〜24を励起
するための励起源レーザ21と、ハーフミラ−25,2
6、全反射ミラー27とから構成されている。このよう
に励起源を1台bレーザ1で構成したことにより、発振
するレーザビームωl、ω2.ω3は時間的に同期され
たものとなる。そして上記励起源レーザ21の発振と、
上記電極5.6への電圧印加を同時に行なうことにより
、レーザビームとガス放電とを時間的に同期できること
となる。
This laser oscillation device 20 includes three wavelength-tunable dye lasers 22, 23, 24, an excitation source laser 21 for exciting each of the dye lasers 22 to 24, and half mirrors 25, 2.
6 and a total reflection mirror 27. By configuring the excitation source with one b laser 1 in this way, the oscillated laser beams ωl, ω2 . ω3 becomes temporally synchronized. and oscillation of the excitation source laser 21,
By applying voltage to the electrodes 5.6 at the same time, the laser beam and the gas discharge can be synchronized in time.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

こ°のように、本発明に係るイオンビーム発生装置によ
れば、イオン化されるべき物質をガス放電によりその比
較的下位の励起状態に励起し、レーザビームの照射によ
り該励起状態からりュードベルグ状態に共鳴光励起し、
さらに上記物質をガス放電の電子の衝突により該励起状
態からイオン状態にするようにしたので、イオン化効率
及びイオンの選択性を大きく向上できる効果がある。
As described above, according to the ion beam generator according to the present invention, the substance to be ionized is excited to a relatively lower excited state by gas discharge, and the substance to be ionized is changed from the excited state to the Rydberg state by irradiation with a laser beam. Resonant optical excitation to
Furthermore, since the substance is changed from the excited state to the ion state by collision with electrons from the gas discharge, the ionization efficiency and ion selectivity can be greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はベリリウム中性原子のシングレット系のエネル
ギ状態図、第2図は本発明の第1の実施例によるシャワ
ー型イオンビーム発生装置の概略構成図、第3図は本発
明の第2の実施例による集束型イオンビーム発生装置の
概略構成図、第4図は本発明の第3の実施例によるイオ
ンビーム発生装置のレーザビーム発振器のブロック図で
ある。 1・・・容器、15・・・ガス放電発生部、20・・・
レーザビーム発生部、Bl〜B6・・・レーザビーム。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 大 岩 増 雄 第4図 手続補正書(自発) 2、発明の名称 イオンビーム発生装置 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 東京都千代113区丸の白玉丁目2番3号名 
称 (601)三菱電機株式会社 代表者片山仁八部 4、代理人 住 所 東京都千代目」区丸の内二丁1」2番3壮5、
?1正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄、及び図面(第1図) 6、補正の内容 +11 明細書第5頁第1〜2行の「該物質の・・・・
・・(Rydberg 1evel ) Jを「リュー
ドベルグ状態(Rydberg 5tate ) jに
訂正する。 (2)第1図を別紙の通り訂正する。 以 上
FIG. 1 is an energy phase diagram of a singlet system of beryllium neutral atoms, FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a shower type ion beam generator according to the first embodiment of the present invention, and FIG. A schematic configuration diagram of a focused ion beam generator according to an embodiment, and FIG. 4 is a block diagram of a laser beam oscillator of an ion beam generator according to a third embodiment of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Container, 15... Gas discharge generating part, 20...
Laser beam generating section, Bl to B6...Laser beam. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or equivalent parts. Agent: Masuo Oiwa Figure 4 procedural amendment (voluntary) 2. Name of the invention Ion beam generator 3. Person making the amendment Relationship to the case Patent applicant address 2 Marunoshiratama-chome, Chiyo 113-ku, Tokyo 3rd name
Name (601) Mitsubishi Electric Corporation Representative Hitoshi Katayama 4, Agent address 2-1 Marunouchi 2-chome, Chiyome-ku, Tokyo 2-3 So5,
? 1. Detailed description of the invention in the original subject specification and drawings (Figure 1) 6. Contents of the amendment +11 ``The substance...'' in lines 1-2 on page 5 of the specification
...(Rydberg 1evel) Correct J to Rydberg state (Rydberg 5tate) j. (2) Correct Figure 1 as shown in the attached sheet.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (11イオン化されるべき物質を収容する容器と、該容
器内の上記物質にレーザビームを照射するレーザビーム
発生部と、上記容器内の上記物質雰囲気中でレーザビー
ムと交差するガス放電を発生するガス放電発生部とを備
え、上記物質のイオンビームを発生する装置において、
上記ガス放電発生部はガス放電により上記物質をエネル
ギ準位の基底状態から比較的下位の励起状態に励起し、
かつ後述のレーザビームの照射により得られたりュード
ベルグ状態からイオン状態とするものであり、上記レー
ザビーム発生部は上記物質を上記比較的下位の励起状態
からりュ〜ドベルグ状態に共鳴光励起するような波長を
有するレーザビームを発生するものであることを特徴と
するイオンビーム発生装置。 (2)上記レーザビーム発生部は、上記物質を上記比較
的下位の励起状態から中間状態を経て上記リュードベル
グ状態に階段状に共鳴、励起するような波長の異なる複
数のレーザビ−ムを発生するものであることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載のイオンビーム発生装置。 (3) 上記比較的下位の励起状態が準安定状態である
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項記載
のイオンビーム発生装置。 (4) 上記レーザビーム発生部として、波長可変レー
ザを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第1項ない
し第3項のいずれかに記載のイオンビーム発生装置。 (5) 上記レーザビーム発生部として、自由電子レー
ザを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第1項ない
し第3項のいずれかに記載のイオンビーム発生装置。 (6) 上記レーザビーム発生部は、1つの励起源レー
ザと、該励起源レーザからのレーザビームで励起される
相互に時間同期可能な複数の色素レーザとからなること
を特徴とする特許請求の範囲第2項又は第3項記載のイ
オンビーム発生装置。 (7) 上記ガス放電発生部は、高周波放電を生ゼしめ
るものであることを特徴とする特許請求の範囲第1項な
いし第6項のいずれかに記載のイオンビーム発生装置。 (8)上記物質は、化合物又は分子状態のガスとして上
記容器内に導入され、上記ガス放電は、上記容器内に導
入された物質を中性元素状態にするためのガス放電を兼
ねていることを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし
第7項のいずれかに記載のイオンビーム発生装置。 (9)上記ガス放電発生部は、上記物質がそのリュード
ベルグ状態からイオン化状態になるように共鳴するよう
な高周波電源を有することを特徴とする特許請求の範囲
第7項記載のイオンビーム発生装置。
[Scope of Claims] (11) A container containing a substance to be ionized, a laser beam generator that irradiates the substance in the container with a laser beam, and a laser beam that intersects with the substance in the atmosphere of the substance in the container. A device for generating an ion beam of the above substance, comprising: a gas discharge generating unit that generates a gas discharge;
The gas discharge generating unit excites the substance from a ground state of energy level to a relatively lower excited state by gas discharge,
The substance is obtained by irradiation with a laser beam, which will be described later, or changed from the Rudberg state to an ion state, and the laser beam generating section resonantly excites the substance from the relatively lower excited state to the Rydberg state. An ion beam generator characterized in that it generates a laser beam having a wavelength. (2) The laser beam generating section generates a plurality of laser beams with different wavelengths that resonate and excite the substance stepwise from the relatively lower excited state to the Rydberg state via the intermediate state. An ion beam generator according to claim 1, wherein the ion beam generator is an ion beam generator. (3) The ion beam generator according to claim 1 or 2, wherein the relatively lower excited state is a metastable state. (4) The ion beam generator according to any one of claims 1 to 3, wherein a wavelength tunable laser is used as the laser beam generator. (5) The ion beam generator according to any one of claims 1 to 3, wherein a free electron laser is used as the laser beam generator. (6) The above-mentioned laser beam generating section is composed of one excitation source laser and a plurality of mutually time-synchronized dye lasers excited by the laser beam from the excitation source laser. The ion beam generator according to item 2 or 3. (7) The ion beam generator according to any one of claims 1 to 6, wherein the gas discharge generating section generates a high-frequency discharge. (8) The substance is introduced into the container as a compound or molecular gas, and the gas discharge also serves as a gas discharge to bring the substance introduced into the container into a neutral element state. An ion beam generator according to any one of claims 1 to 7, characterized in that: (9) The ion beam generator according to claim 7, wherein the gas discharge generating section has a high frequency power source that resonates so that the substance changes from its Rydberg state to an ionized state. .
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